TWI431658B - Excimer lamp - Google Patents

Description

準分子燈

本發明是關於經由二氧化矽玻璃所成的放電容器，及相對的一對電極，及在該一對的電極間形成該放電容器的二氧化矽玻璃，激勵放電用氣體，並在上述放電容器的內部發生準分子放電的準分子燈。

近年來，開發了藉由將波長200nm以下的真空紫外線照射在金屬、玻璃及其他材料所成的被處理體，而藉由該真空紫外光及由此所生成的臭氧的作用來處理被處理體的技術，例如除去附著於被處理體的表面的有機污染物質的洗淨處理技術，或在被處理體的表面形成氧化膜的氧化膜形成處理技術，而被實用化。

在此些裝置中，作為照射真空紫外光，眾知例如藉由準分子放電形成準分子分子，利用隨著該準分子分子的崩潰所發生的光，例如波長172nm附近的光的準分子燈。此種準分子燈，是為了更有效率地放射更高強度的紫外線，實施很多嘗試。

第5圖是表示日本特開2004-127710號公報所述的習知的準分子燈的構成的說明用立體圖。習知的準分子燈60是具備透射紫外線的二氧化矽玻璃所成斷面矩形狀又中空長邊的放電容器61，而在該放電容器61的外表面形成有一對電極65，66。在該放電容器61的內部封入氙氣體作為放電用氣體。又，該準分子燈60是若在一方的該電極65供應著點燈電力，則形成有準分子分子，隨著該準分子分子的崩潰而產生真空紫外光被放射的所謂準分子放電。

真空紫外光是極高能量的光之故，因而若將該強真空紫外光長時間地繼續照射在二氧化矽玻璃，則起因於紫外線的缺陷會生成於該二氧化矽玻璃中，此為形成紫外線失真，視情況，會發生微細的裂痕或裂縫。尤其是，在面臨於放電空間的最表面，在放電空間所發生的真空紫外光內，短波長側的高能量的波長域的光大部分會直接照射在該表面，而強紫外線變形被形成在該表面收縮的方向。另一方面，被照射在放電容器61的外表面的真空紫外光，是僅形成該放電容器61的玻璃的厚度分量被衰減，而形成於藉由紫外線失真所收縮的方向的紫外線失真量，是與內表面相比較格外地變少。藉由該紫外線失真所生成的量之不相同，抗拉應力施加於面臨於放電空間的最表面，該外表面是朝伸長方向變形。

第6圖是表示用於說明習知的準分子燈的放電容器61的變形的說明用斷面圖。

放電容器61是長邊狀板玻璃所成的長邊面62a，62b配置成互相相對向，而利用連結長邊面62a與長邊面62b的短邊面63a，63b形成有斷面矩形狀的管。箭號是表示朝放電容器的內部作用的應力的方向著。

在面臨於長邊面62a，62b或短邊面63a，63b的放電空間的最表面真空紫外光之內，高能量的短波長域的光被吸收較多之故，因而形成紫外線失真，有力量作用於朝箭號所示地收縮的方向。另一方面，放電容器61的外表面是有力量作用於朝箭號地伸長的方向。在斷面矩形狀的放電容器61中，由形狀上的特徵，有朝長邊面62a，62b方向伸縮的應力，及朝短邊面63a，63b方向伸縮的應力作用於連結長邊面62a，62b與短邊面63a，63b的邊緣部64a，64b，64c，64d，而有應力集中在邊緣部64a，64b，64c，64d。因此，藉由利用應力集中所積蓄的失真，使得邊緣部64a，64b，64c，64d成為破損的起點，而產生放電容器61被破壞的問題。

專利文獻1：日本特開2004-127710號公報

本發明是為了解決上述問題而創作者，提供在具備斷面矩形狀的管型放電容器的準分子燈中，可防止邊緣部成為破損起點而使得放電容被破壞的準分子燈作為目的。

本發明的申請專利範圍第1項所述的準分子燈，屬於具備兩端藉由端面被關閉，藉由互相相對的長邊面與連結該長邊面的短邊面所圍繞的斷面矩形狀的放電容器，在該放電容器的互相相對的該長邊面，或是在該短邊面配置有一對電極，而在該放電容器的內部封入氙氣體，在放電空間內發生準分子放電的準分子燈，其特徵為：該長邊面相對於連結該長邊面與該短邊面的邊緣部，該長邊面的中央部朝向該放電空間的內側的方向彎曲，在該放電容器的內表面形成有紫外線反射膜，該紫外線反射膜是形成於該邊緣部的膜厚，比形成於該放電容器的其他內表面的膜厚還要厚。

又，本發明的申請專利範圍第2項所述的準分子燈，是除了上述構成之外，上述短邊面相對於連結該長邊面與該短邊面的邊緣部，該短邊面的中央部朝向該放電空間的內側的方向彎曲，為其特徵者。

又，本發明的申請專利範圍第3項所述的準分子燈，是除了上述構成之外，上述紫外線反射膜是包含二氧化矽粒子與氧化鋁粒子，為其特徵者。

依照本發明的申請專利範圍第1項所述的準分子燈，該長邊面是對於連結該長邊面與該短邊面的邊緣部，該長邊面的中央部朝向該放電空間的內側的方向彎曲，在該放電容器的內表面形成有紫外線反射膜，該紫外線反射膜是形成於該邊緣部的膜厚，比形成於該放電容器的其他內表面的膜厚還要厚。因此，容易成為破起點的邊緣部是藉由紫外線反射膜使得真空紫外光充分地被遮斷，而可減輕發生於該邊緣部的紫外線失真等的損傷之故，因而作為結果，具有可防止該放電容器的破壞等的不方便的優點。

依照本發明的申請專利範圍第2項所述的準分子燈，該短邊面的中央部為對於連結長邊面與短邊面的邊緣部，朝向放電空間的內側的方向彎曲。所以，即使形成於短邊面中央部的內表面的該紫外線反射膜的膜厚作成較薄，在該邊緣部近旁內表面，也可把該紫外線反射膜的膜作成較厚。亦即，可將在放電空間內部所生成的強真空紫外光，增大到在該邊緣部可選擇性地遮斷的程度為止。所以，可減輕發生於該邊緣部的紫外線失真等的損傷之故，因而作為結果，具有可防止該放電容器的破壞等的不方便的優點。

依照本發明的申請專利範圍第第3項所述的準分子燈，在該紫外線反射膜包含二氧化矽粒子，藉此可提高與由二氧化矽玻璃所成的放電容器之接著力，而且在該紫外線反射膜包含氧化鋁粒子，藉此具有可長時間地維持紫外線的反射特性的優點。還有，該氧化鋁粒子阻礙互相鄰接的二氧化矽粒子利用放電所作的熱被熔融的情形，而可維持各粒子間的境界，具有可長時間地維持紫外線的反射特性的優點。

第1圖是表示本發明的準分子燈10的一例的構成的概略的說明用斷面圖，第1(a)圖是表示沿著放電容器11的長度方向的斷面的橫斷面圖，第1(b)圖是表示第1(a)圖的A-A線斷面圖。

該準分子燈10是具備兩端被氣密地封閉而在內部形成有放電空間S的斷面矩形狀的中空長狀的放電容器11，而在該放電容器11的內部，作為放電用氣體，被封入有氙氣體。在此，氙氣體是壓力作成例如成為10至60kPa的範圍內的封入量。

放電容器11是由良好地透射真空紫外光的二氧化矽玻璃，例如合成石英玻璃所成，兼具有作為介質的功能。

放電容器11是長狀板玻璃所成的長邊面12a，12b配置成互相相對的狀態，而藉由連結長邊面12a與長邊面12b的短邊面13a，13b形成有斷面矩形狀的管。長邊方向的兩端是藉由端面14a，14b被關閉，而將放電空間S的內部作為氣密空間。放電容器11是例如長度方向的長度為800至1600mm，具有320至640cm³ 的放電空間S。

在放電容器11的長邊面12a，12b的外表面，相對向朝長邊方向延伸而形成有一對格子狀電極15a，15b。在長邊面12a的外表面配置有功能作為高電壓饋電電極的一方電極15a，而在長邊面12b的外表面配置有功能作為接地電極的另一方電極15b。藉由此，作成在一對電極15a，15b間介設有作為介質的功能的放電容器11的狀態。此種電極15a，15b是例如藉由將金屬所成的電極材料糊膏塗佈於放電容器11，或是藉由照片印刷可形成。

該準分子燈10，當點燈電力被供應於一方的電極15a，則經由功能作為介質的放電容器11的壁而在兩電極15a，15b間生成放電，藉由此，形成有準分子分子，而且在該準分子分子崩潰的過程中產生真空紫外光所放射的準分子放電。

上述準分子燈10是為了有效率地利用藉由準分子放電所發生的真空紫外光，在被曝露於放電容器11的放電空間S的表面，設有紫外線散射粒子所成的紫外線反射膜20。

紫外線反射膜20是對應於放電容器11的長邊面12a的功能作為高電壓饋電電極的一方電極15a的內表面領域，與連續於該領域的短邊面13a，13b的內表面領域全面所形成。又，在端面14a，14b的內表面領域也形成有紫外線反射膜20。一方面，在對應於放電容器11的長邊面12b的功能作為接地電極的另一方電極15b的內表面領域，藉由未形成有紫外線反射膜20來構成光出射部17。又，在未形成有長邊面12b的電極15b的端部的內表面領域也藉由形成紫外線反射膜20，而可提高反射效率。

第2圖是表示為了說明本發明的準分子燈10的詳細而對於端面14a，14b平行地對於燈管軸正交的面切斷的概略斷面圖。尤其是，在同圖中，成為強調各玻璃面的彎曲狀態或紫外線反射膜的厚度之相差的概念圖。

在長邊面12a的兩端接合有短邊面13a或短邊面13b的一端，形成有接合長邊面12a與短邊面13a的邊緣部16a，及接合長邊面12a與短邊面13b的邊緣部16b。同樣地，在長邊面12b的兩端接合有短邊面13b或短邊面13a的一端，形成有接合長邊面12b與短邊面13b的邊緣部16c，及接合長邊面12b與短邊面13a的邊緣部16d。

該長邊面12a的中央部121a，是對於在該長邊面12a上存在於中央部121a的延長上的邊緣部16a，16b，位於放電空間S的內方，而該長邊面12a本身，是朝該放電空間S內側的方向彎曲。該長邊面12a的中央部121a與邊緣部16b之間的距離D是0.2mm左右。又，針對於配置成與該長邊面12a相對向的長邊面12b也同樣。

又，短邊面13a的中央部19a，是對於在該短邊面13a上存在於中央部19a的延長上的邊緣部16a，16b，位於放電空間S的內方，而該短邊面13a本身，是朝該放電空間S內側的方向彎曲。又，配置成與該短邊面13a相對向的短邊面13b也同樣。

觀看放電容器11全體，在平行地切斷端面14a，14b的斷面中，邊緣部16a，16b，16c，16d是在長邊面12a與長邊面12b相對向的方向，或短邊面13a與短邊面13b相對向的方向，都朝向放電空間S的外方鼓出。換言之，放電容器11是長邊面12a，12b的中央部121a，121b及短邊面13a，13b的中央部19a，19b，成為朝著放電空間S內方稍突出方向彎曲的形狀。又，形成於該放電容器11的內表面的紫外線反射膜20，是在該邊緣部16a，16b，16c，16d，膜厚形成比中央部121a，121b，或是中央部19a，19b還要厚。

形成於長邊面12a的內表面領域的紫外線反射膜20，是將反射在放電空間S所發生的真空紫外光作為目的之故，因而將其膜厚形成充分厚，例如在中央部121a為形成30μm左右較佳。藉由充分地獲得紫外線反射膜20的膜厚，不但將入射於紫外線反射膜20的光不會透射至放電容器11，而反射真空紫外光還可再重新回到放電空間S。

一方面，形成於短邊面13a的內表面領域的紫外線反射膜20，是將保護被曝露在真空紫外光的放電容器11作為目的之故，因而反射真空紫外光的功能是並不需要，幾乎不會透射真空紫外光的最低限度的厚度所形成就充分。例如，若在中央部19a的內表面領域形成2至3μm，則在紫外線反射膜20就可遮斷真空紫外光約90%。

又，作為構該紫外線反射膜20的紫外線散射粒子例如使用將二氧化矽玻璃粉末狀地作成細小粒子的二氧化矽粒子等。二氧化矽粒子是粒子徑為例如0.01～20μm的範圍內者，中心粒徑(數平均粒徑的峰值)為如0.1～10μm者較佳，更佳為0.3～3μm者。又，包含於紫外線反射膜20的二氧化矽粒子的粒徑分佈是不會擴展至廣範圍者較佳，使用粒徑成為中心粒徑的值的二氧化矽粒子被選別成半數以上的二氧化矽粒子較佳。

該二氧化矽粒子是藉由一部分熔融等，將紫外線反射膜20附著於放電容器11。一般線膨脹係數值相等或近似者，具有容易接著的性質。二氧化矽粒子是線膨脹係數值與二氧化矽玻璃所成的放電容器11相等之故，因而具有提高與放電容器11的接著力的功能。

然而，二氧化矽粒子是藉由在準分子燈10所發生的電漿的熱，會熔融，消失粒界，無法擴散反射真空紫外光而有降低反射率的情形。作為紫外線散射粒子，不但含有二氧化矽粒子，也含有氧化鋁粒子，藉此，即使被曝露在依電漿所致的熱時，具有比二氧化矽粒子還高融點的氧化鋁粒子是也不會熔融之故，因而以粒子彼此間結合著互相地鄰接的二氧化矽粒子與氧化鋁粒子被防止而被維持著粒界。

氧化鋁粒子是粒子徑為例如0.1～10μm的範圍內者，中心粒徑(數平均粒徑的峰值)為如0.1～3μm者較佳，更佳為0.3～3μm者。又，被包含於紫外線反射膜20的氧化鋁粒子的粒徑的分佈是不會廣範圍地擴展較佳，使用粒徑成為中心粒徑之值的氧化鋁粒子的被選別成為一半以上的氧化鋁粒子較佳。

第3圖是表示用於表示此種放電容器11的形成方法的製造途中的放電容器11的立體圖。

邊緣部16a，16b，16c，16d朝放電空間S的外方鼓出的放電容器11，是將圓筒狀二氧化矽玻璃所成的圓形管25，藉由安裝有取出棒24的矩形狀拉拔模子23，在加熱軟化該圓形管之狀態下藉由拉拔該拉拔模子所成形。為了把邊緣部16a，16b，16c，16d朝外方鼓出的方式予以成形，在拉拔模子23的角形成鼓出。

作為其加工手續，首先，以燃燒器加熱二氧化矽玻璃所成的圓筒狀圓形管25直到容易地變形為止。之後，在以燃燒器加熱圓形管25的外表面的狀態下，將拉拔模子23插進內管並塞進。拉拔模子23是使用比圓形管25的斷面還要大者之故，因而圓形管25被擠廣成方形管。例如對於直徑Φ30mm的圓形管25，使用著長邊面長度成為40mm的拉拔模子23。又，拉拔模子23是曝露在高溫之故，因而利用碳所形成較佳。若使用金屬所成的拉拔模子23，則金屬作為不純物而附著混入於放電容器11的內表面，而有放電容器11的二氧化矽玻璃的純度會降低之虞。

使用具有比圓形管25的斷面還要大的面積的拉拔模子23而將圓形管25擴展淬火成方形管之故，因而被成形的放電容器11的斷面是成為投射拉拔模子23的形狀的形狀。然而，考慮該拉拔模子本身的熱脹，或拉拔後的玻璃管的收縮等，實際上在拉拔模子23的角事先形成鼓出，藉此朝外方鼓出放電容器11的邊緣部16a，16b，16c，16d的方式被成形。

第4圖是表示紫外線反射膜20的膜厚，及其光的透射率的關係的圖表。將縱軸作為透射率[%]，而將橫軸作為紫外線反射膜的膜厚[μm]，表示其關係。又，表示於縱軸的透射率是表示波長172nm的真空紫外光的透射率。又’可知在波長150nm並波長200nm的範圍的真空紫外線領域，表示大約同樣的趨勢。由同一圖表可知，若加厚紫外線反射膜20的膜厚，則會降低真空紫外光的透射率，可知紫外線反射膜20的膜厚在10μm以上的範圍，完全不透射真空紫外光。

將第4圖的結果適用於第2圖的放電容器11，則若將紫外線反射膜20形成具有充分膜厚於放電容器11的內表面領域，而在放電空間S內所發生的波長172nm具有峰值的真空紫外光未能透射紫外線反射膜20之故，因而可減低被照射在對於放電空間S經由紫外線反射膜20所形成的放電容器11，具體為長邊面12a，短邊面13a，13b的真空紫外光的強度。因此，防止強度強大的真空紫外光照射在構成放電容器11的二氧化矽玻璃，而可抑制放電容器的劣化。

為了將在放電空間S內部所發生的準分子光照射在對象物，必須構成未形成有紫外線反射膜20的光射出部17。在光射出部17未有紫外線反射膜20之故，因而真空紫外光直接地被照射在構成放電容器11的二氧化矽玻璃。又，放電容器11是呈斷面矩形狀的形狀之故，因而在邊緣部16a，16b，16c，16d具有應力容易集中的特徵。所以光射出部17是形成在未包含邊緣部16a，16b，16c，16d的長邊面12b，而容易成為破損的起點的邊緣部16a，16b，16c，16d是藉由紫外線反射膜20從真空紫外光被保護。採用此種構成，藉此，即使使用斷面矩形狀的放電容器11的準分子燈中，也可防止放電容器11的破裂。

又，放電容器11是長邊面12a，12b的中央部121a，121b或短邊面13a，13b的中央部19a，19b，對於邊緣部16a，16b，16c，16d，位於放電空間S的內方之故，因而在邊緣部16a，16b，16c，16d的內表面領域，與放電容器11的其他內表面領域相比較，紫外線反射膜20的膜厚可形成較厚。具體而言，形成於邊緣部16a，16b，16c，16d的內表面領域的紫外線反射膜20，是與形成於其他領域的紫外線反射膜20相比較，其膜厚至少變大成10μm以上。因此，形成於邊緣部16a，16b，16c，16d的內表面領域的紫外線反射膜20的膜厚是至少被確保10μm以上之故，因而大致完全地可遮斷真空紫外光，而在放電容器11的邊緣部16a，16b，16c，16d未照射在放電空間S所發生的真空紫外光。

亦即，形成於邊緣部16a，16b，16c，16d的內表面領域的紫外線反射膜20的膜厚，與形成於放電容器11的其他的表面領域的膜厚相比較，成為較厚。所以，在容易成為破損起點的邊緣部16a，16b，16c，16d中，藉由紫外線反射膜20來遮斷真空紫外光，作成真空紫外光未照射在放電容器11的邊緣部16a，16b，16c，16d，而可防止利用真空紫外光所作的損傷所引起的放電容器11的破裂。

以下，說明紫外線反射膜20對於放電容器11的內表面領域的形成方法的一例子。

紫外線反射膜20是藉由例如稱為「流下法」的方法就可進行。首先，調合流進放電容器11內側的塗敷液。塗敷液是由紫外線散射粒子，黏合劑，分散劑及溶劑所構成。紫外線散射粒子是例如二氧化矽粒子與氧化鋁粒子，黏合劑是含有原矽酸四乙基分散劑是矽烷耦合劑，溶劑是乙醇。

藉由在塗敷液含有分散劑，凝膠化塗敷液而容易附著於放電容器11，而且可定影在塗敷液中均等地分散的紫外線散射粒子。

藉由在塗敷液含有溶劑，可調整塗敷液的紫外線散射粒子的含有濃度。

將塗敷液流進放電容器11的內部，附著於放電容器11的內表面的所定領域。

首先，將塗敷液流進短邊面13a的內表面領域，短邊面13a的中央部19a的膜厚成為2至5μm的方式附著塗敷液。然後，將塗敷液流過短邊面13b的內表面領域，短邊面13b的中央部19b的膜厚成為2至5μm的方式附著塗敷液。在短邊面13a及短邊面13b的內表面領域附著有塗敷液的狀態下，經自然乾燥而進行蒸發溶劑。之後，在氧氣氣氛中加熱成500℃經1小時進行暫時淬火。進行暫時淬火俾將塗敷液定影於短邊面13a，13b的內表面領域，藉此，在邊緣部16a，16b周邊中可作成與繼續流進長邊面12a的內表面領域的塗敷液不會緩衝的情形。

然後，將塗敷液流進長邊面12a的內表面領域以形成紫外線反射膜20。長邊面12a的中央部121a的膜厚成為20至30μm的方式附著塗敷液，而在該狀態下經自然乾燥俾蒸發溶劑。此時，藉由塗敷液的表面張力，在邊緣部16a，16b周邊產生著塗敷液被吸上於短邊面13a，13b的現象之故，因而在邊緣部16a，16b的短邊面13a，13b側也附著有較厚的塗敷液。

在該狀態經自然乾燥在長邊面12a的內表面領域也附著有塗敷液的放電容器11，在該狀態下經自然乾燥而蒸發溶劑，又在氧氣氣氛中加熱成1000℃經1小時進行正式淬火。當燒成塗敷液，則分散劑被加熱消失，僅留下紫外線散射粒子與黏合劑，黏合劑是成為二氧化矽而被熔融附著於紫外線散射粒子，以提昇與粒子彼此間，或放電容器11的黏合力。

利用上述工序，在長邊面12a的內表面領域中，與短邊面13a，13b的內表面領域相比較，可形成膜厚較厚的紫外線反射膜20。又，放電容器11的長邊面12a，12b或短邊面13a，13b被加工成彎曲狀，及利用製程的塗敷液的表面張力，在邊緣部16a，16b，16c，16d的內表面領域，與其他領域相比較，使得紫外線反射膜20的膜厚可形成較厚。

又，在本發明的說明中所使用的圖式是針於紫外線反射膜20的薄膜厚度或放電容器11的形狀，擴張地表示尺寸等。

10．．．準分子燈

11．．．放電容器

12a，12b．．．長邊面

13a，13b．．．短邊面

14a，14b．．．端面

15a，15b．．．電極

16a，16b，16c，16d．．．邊緣部

17．．．光射出部

20．．．紫外線反射膜

第1(a)圖及第1(b)圖是表示本發明的準分子燈的構成的說明圖概略斷面圖。

第2圖是表示本發明的準分子燈的概略斷面圖。

第3圖是表示本發明的準分子燈的放電容器的形成方法所用的立體圖。

第4圖是表示紫外線反射膜的膜厚及其光透射率的關係的圖表。

第5圖是表示習知的準分子燈的構成的說明用立體圖。

第6圖是表示用於說明習知的準分子燈的變形的說明用斷面圖。

10．．．準分子燈

11．．．放電容器

12a，12b．．．長邊面

13a，13b．．．短邊面

14a，14b．．．端面

15a，15b．．．電極

17．．．光射出部

20．．．紫外線反射膜

S．．．放電空間

Claims (3)

1. 一種準分子燈，屬於具備兩端藉由端面被關閉，藉由互相相對的長邊面與連結該長邊面的短邊面所圍繞的斷面矩形狀的放電容器，在該放電容器的互相相對的該長邊面，或是在該短邊面配置有一對電極，而在該放電容器的內部封入氙氣體，在放電空間內發生準分子放電的準分子燈，其特徵為：該長邊面相對於連結該長邊面與該短邊面的邊緣部，該長邊面的中央部朝向該放電空間的內側的方向彎曲，在該放電容器的內表面形成有紫外線反射膜，該紫外線反射膜是形成於該邊緣部的膜厚，比形成於該放電容器的其他內表面的膜厚還要厚。
2. 如申請專利範圍第1項所述的準分子燈，其中，上述短邊面相對於連結該長邊面與該短邊面的邊緣部，該短邊面的中央部朝向該放電空間的內側的方向彎曲。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的準分子燈，其中，上述紫外線反射膜是包含二氧化矽粒子與氧化鋁粒子。